JP3455027B2 - X線画像表示装置 - Google Patents
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Description
像デ−タを取り込み、診断に適した階調に変換して画像
表示するX線画像表示装置に係り、特に様々な体厚の被
写体のディジタルX線画像を診断に適した表示をするの
に好適な階調変換を提供するX線画像表示装置に関す
る。
ルX線画像のような様々な体厚の被写体を撮影して得ら
れるディジタルX線画像を診断に適した階調に変換して
画像表示するために、以下で述べるような階調変換を行
っている。即ち、階調変換の入出力特性を、入力画像デ
−タ値をx座標、出力画像デ−タ値をy座標としたグラ
フの上で表した場合、入力画像デ−タの中でこの入力画
像データを検出した検出器の入力面での最大のX線量の
画像デ−タ値(「ピ−ク入力値」という)をx座標、画
像によらない一定のピ−ク出力値をy座標とする画像ご
とに定まる点(「ピ−ク点」という)を一端とした一つ
の線分で表されるような入出力特性としている。ピ−ク
出力値としては最大出力値もしくはそれに近い値とする
場合と、最小出力値もしくはそれに近い値とする場合の
二つの場合がある。前者の場合は被写体を透過したX線
量が大きいほど高輝度即ち白っぽく表示され、通常のX
線テレビジョンのような画像(「テレビ式表示」とい
う)となり、後者の場合はX線量の大きいほど低輝度即
ち黒っぽく表示され、通常のX線フィルムのような画像
(以下「フィルム式表示」という)となる。何れの場合
も、被写体の体厚に応じて画像デ−タの変動範囲が大き
く変わるディジタルX線画像において、重要な情報が多
く含まれる中間的な画像デ−タから、ピーク入力値まで
の領域を損なうことなく表示できる。
示装置で用いられている階調変換の入出力特性の例を示
す。図5、図6は入力画像データを検出した検出器の入
力面でのX線量が零の場合の入力画像データ値(「オフ
セット入力値」という)と、それに対応して定められた
一定の出力画像デ−タ値(「オフセット出力値」とい
う)をそれぞれx座標、y座標とする画像によらない固
定点である点(「オフセット点」という)を用いて、前
記ピ−ク点と前記オフセット点を結ぶ線分を入出力特性
としている。図5はテレビ式表示の場合であり、オフセ
ット出力値は最小出力値もしくはそれに近い値にとられ
ている。図6はフィルム式表示の場合であり、オフセッ
ト出力値は最大出力値もしくはそれに近い値にとられて
いる。図7、図8は一定の方法で決められたX線量が中
間的な場合の入力画像デ−タ値(以下「中間入力値」と
いう)と、それに対応して定められた一定の中間的な出
力画像デ−タ値(以下「中間出力値」という)をそれぞ
れx座標、y座標とする点(「中間点」という)を用い
て、ピ−ク点を一端とし中間点を通るようにy軸、x軸
もしくはx軸に平行でy座標が最大出力値の直線と交わ
るまで引いた線分を入出力特性としている。図7はテレ
ビ式表示の場合であり、図8はフィルム式表示の場合で
ある。中間入力値の決め方には、画像によらない一定値
とする方法と、対象画像に応じて求める方法がある。後
者の例として特開昭60−75033号公報に開示され
るX線診断装置でビデオプロセッサと呼ばれているX線
画像表示装置では対象画像デ−タの平均値を中間入力値
とする図7及び図8に相当する階調変換を行っている。
X線画像表示装置が診断に供するディジタルX線画像で
は、画像を撮影する際に、自動露出制御装置によって、
若しくは撮影技師の操作によって、最も診断したい領域
がほぼ一定の中間的な画像デ−タ値になるように調整さ
れている。そして診断の際は、重要な情報が多く含まれ
る中間的な画像デ−タ値の部分を、一定の輝度もしくは
濃度で、また一定のコントラストで診断したいという要
求がある。また一方では、ピーク入力値からオフセット
入力値までのすべての得られた情報を画像として診断し
診断に考慮したいという要求もある。上記のような従来
のX線画像表示装置では、次のような理由で、こうした
要求に充分応えるものではない。
は、ピーク入力値からオフセット入力値までのすべての
得られた情報を画像として表示できるが、中間的な画像
デ−タの部分の輝度、コントラストが画像によって大き
く変化してしまう。即ち、体厚が厚い部位を広い視野で
撮影した場合、視野に含まれる体厚の薄い部分や被写体
を通らない直接X線の部分が画像デ−タのピーク入力値
を与えることになるが、こうした場合のピーク入力値は
入力画像デ−タの限界もしくはそれに近い大きな値とな
るために、全体にコントラストが低下し、中間部分の輝
度は図5の場合には低く、図6の場合には高くなる。反
対に、体厚の薄い部位や、狭い視野を撮影した場合は、
ピーク入力値が中間的な画像デ−タ値に近い値となるた
め、全体にコントラストが高くなり、中間部分の輝度は
図5の場合には高く、図6の場合には低くなる。
は中間部分の輝度は一定に保たれるが、中間部分を含め
全体のコントラストは画像によって変化する。また、変
換特性を表す線分が中間点よりy軸側で、図7のように
x軸と交わるような場合、若しくは図8のようにx軸に
平行でy座標が最大出力値の直線と交わるような場合は
オフセット入力値付近の画像デ−タを持った画像情報が
表示されないことになる。
は、ピーク入力値の位置で階調特性が定まるが、ピーク
入力値が入力画像デ−タの限界もしくはそれに近い大き
な値となると全体のコントラストが低下する。ピーク入
力値が中間入力値に近い場合は、全体にコントラストが
高くなるとともに、変換特性を表す線分がx軸と若しく
はx軸に平行でy座標の最大出力値の直線と交わるため
にオフセット入力値に近い画像デ−タが表示されない。
する場合は、中間入力値とピーク入力値の両方で階調特
性が定まる。画像デ−タは平均値に対して上下略同程度
の値の広がりをもつ場合が多いので、中間出力値を出力
値全体の中央付近に設定すれば、こうすることで画像デ
ータのひろがりをカバ−できる場合が多いが、極端な撮
影***などをとった場合、画像デ−タの分布に偏りが生
じ、カバ−できない、即ち表示できない画像デ−タの部
分が生じてしまうことがある。また、平均値は入力画像
デ−タ全体の中央付近になる場合が多いが、画像デ−タ
の分布に偏りが生じた場合は、平均値が中央から大きく
外れてしまう。こうした場合、中間的な画像デ−タの部
分の輝度が高すぎたり、低すぎたりしてしまうという問
題があった。
像で最も診断したい領域が含まれる中間的な画像デ−タ
の領域が一定の輝度、一定のコントラストで表示され、
かつピーク入力値からオフセット入力値までのすべての
得られた画像情報を表示できる階調に変換するX線画像
表示装置を提供することにある。
線を照射し、その被写体の透過X線画像を検出器でX線
画像データとして検出し、そのX線画像データを取り込
む画像デ−タ入力部と、この画像デ−タ入力部に取り込
まれたX線画像デ−タの最大値であるピーク入力値を検
出する手段と、前記検出器の入力面でのX線量が零の場
合のオフセット入力値、そのオフセット入力値に対応す
るオフセット出力値、一定の方法で決められた中間的な
X線量の中間入力値、その中間入力値に対応する中間出
力値及び前記ピーク入力値に対応するピーク出力値のパ
ラメータをあらかじめ入力するものであって、前記あら
かじめ入力されたパラメータのうちのオフセット出力値
又はピーク出力値を前記被写体の異なる部位で所望され
る表示輝度に応じて選択的に再入力する操作部と、前記
検出手段により検出されたピーク入力値と前記操作部に
入力及び再入力されたパラメータとを用い前記画像デ−
タ入力部に取り込まれたX線画像デ−タに変換特性演算
処理を行う手段と、この変換特性演算処理手段により変
換特性演算処理されたX線画像デ−タを表示する表示部
とを備えたことで達成される。
特性に変更する操作部を備え、この操作部は、オフセッ
ト出力値と中間点又はピーク出力値の少なくとも一つの
値を変更入力する手段を備えたことで達成される。
像データにおける入力値及び出力値の特性は、前記オフ
セット入力値及び出力値で決定されるオフセット点と前
記中間入力値及び出力値で決定される中間点とを結ぶ線
分と、前記ピーク入力値及び出力値で決定されるピーク
点と前記中間点を結ぶ二つの線分とよりなる折れ線で表
されるように定められることで達成される。
記ピーク出力値は前記X線画像データによらない値であ
り、X線画像データを得る被写体の部位(例えば、「胸
部」、「腹部」など)と、イメージ・インテンシファイ
アの視野サイズとの組毎に診断者の所望する設定値で規
定される。
以下の事項がある。
るオフセット入力値から、X線量が中間的な場合の画像
によらない一定の入力画像デ−タ値である中間入力値ま
での、入力画像デ−タ値の範囲に、ディジタルX線画像
で最も診断したい領域が含まれる中間的な画像デ−タの
領域が含まれるように、中間入力値を設定すれば、中間
的な画像デ−タの領域は、画像によらないオフセット点
と、画像によらない中間点とを結ぶ線分もしくは該線分
に近似する曲線によって定まる変換特性で階調変換され
表示されるので、画像によらず一定の輝度、一定のコン
トラストで表示される。但し、近似曲線の場合は、厳密
には、全く一定の輝度、コントラストとはならない。
と中間点からピ−ク点までの線分、もしくはこれら二線
分を近似する曲線によって、オフセット入力値からピ−
ク入力値までの入力画像デ−タの範囲はオフセット出力
値からピ−ク出力値までの出力画像デ−タの範囲に写像
されるので、ピ−ク入力値からオフセット入力値までの
すべての得られた画像情報を表示できる。但し、近似曲
線の場合は、厳密には、オフセット出力値からピ−ク出
力値までの範囲と一致しない場合がある。通常、オフセ
ット出力値は、テレビ式表示の場合は最小出力値もしく
はそれに近い値がとられ、フィルム式表示の場合は最大
出力値もしくはそれに近い値がとられる。また、ピ−ク
出力値は、テレビ式表示の場合は最大出力値もしくはそ
れに近い値がとられ、フィルム式表示の場合は最小出力
値もしくはそれに近い値がとられる。
て、オフセット点とピ−ク点を通り、かつオフセット点
とピ−ク点の間で少なくとも一次微分まで連続な近似曲
線とすれば、オフセット入力値からピ−ク入力値までの
入力画像デ−タの範囲はオフセット出力値からピ−ク出
力値までの出力画像デ−タの範囲に、厳密に写像される
ので、ピ−ク入力値からオフセット入力値までのすべて
の得られた画像情報を完全に表示できる。また、オフセ
ット点とピ−ク点の間で少なくとも一次微分まで連続な
ので、本来急峻なエッジ像を撮像した場合を除いて、画
像上で輝度及びコントラストが急激に不連続的に変化す
ることがないので、自然な表示画像が得られる。
を通り、かつオフセット点とピ−ク点の間で少なくとも
一次微分まで連続な近似曲線として、それらの内で最も
簡単な、オフセット点とピ−ク点を通り、かつオフセッ
ト点とピ−ク点の間で上記折れ線との自乗誤差を最小に
する二次関数を選べば、次のような簡単な代数計算で求
めることができるので、処理時間が短くてすむ。
入力値)をxo、y座標(オフセット出力値)をyo、
中間点のx座標(中間入力値)をxm、y座標(中間出
力値)をym、ピ−ク点のx座標(ピーク入力値)をx
p、y座標(ピーク出力値)をypとすれば、近似二次
関数 y=αx2+βx+γ (1) の係数、定数項α、β、γは α=a(yp−yo)/(xp−xo)2, (2) β=[(1−a)xp−(1+a)xo](yp−yo)/(xp−xo)2 (3) γ={[xo2−(1−a)xoxp]yp +[xp2−(1+a)xoxp]yo}/(xp−xo)2 (4) となる。ここで係数aは a=5(μ−ν)(1+μ−μ2)/2 (5) でありμ、νは μ=(xm−xo)/(xp−xo) (6) ν=(ym−yo)/(yp−yo) (7) で与えられる。
の形態を図面と参考文献を参照して説明する。
ロック図である。このX線画像表示装置は、横内他「実
時間DR用高解像度画像入力部の開発」(テレビジョン
学会技術報告第16巻69号pp.1〜6(199
2))の図1に示されているようなX線イメ−ジ・イン
テンシファイアとテレビカメラとアナログディジタル変
換器によってディジタルX線画像デ−タを撮像するディ
ジタルX線撮影装置と結合している。このディジタルX
線撮影装置で撮像されたディジタルX線画像デ−タはイ
ンタ−フェイス回路11を含む画像デ−タ入力部1で取
り込まれ、1枚分の画像デ−タを書き込むことができる
画像デ−タメモリ部2に記憶される。本実施の形態での
画像デ−タの大きさは、画素当り10ビットである。こ
の画像デ−タメモリ部2内の画像デ−タは表示回路部3
内のルックアップテ−ブル(以下「LUT」という)3
1によって階調変換され表示部4に送られ、表示部4内
のディジタルアナログ変換器41でアナログ信号に変換
されてCRTモニタ42で画像として表示される。表示
回路部3は制御器(以下「CPU」という)32を備え
ている。CPU32で求めた変換特性デ−タをLUT3
1に書き込むことにより該変換特性を求める。CPU3
2はインタ−フェイス回路11を通じてディジタルX線
撮影装置と通信する機能、画像デ−タメモリ部2内の画
像デ−タを読出す機能が備えられている。又、CPU3
2には文字表示器とキ−ボ−ドを備えた操作部5が接続
している。
装置の動作を図2のフロ−チャ−トを参照して説明す
る。
CPU32は、撮影処理を行う。撮影処理ではCPU3
2はインタ−フェイス回路11を介してディジタルX線
撮影装置に指示を送りX線撮影を行わせる(ステップ1
01)。
ンタ−フェイス回路11を通って画像デ−タメモリ部2
に転送される。画像デ−タの転送終了を知らせるディジ
タルX線撮影装置からの通信を受けて撮影処理は終り、
CPU32は次にピ−ク入力値検出処理を行う。ピ−ク
入力値検出処理で、CPU32は画像デ−タメモリ部2
内の画像デ−タ全面を読み出してその中の最大値である
ピーク入力値を検出する。その際、本実施の形態では縦
方向1024画素、横方向1024画素の全てを読み出
すのではなく、縦、横4画素おきに間引いた縦方向25
6画素、横方向256画素の間引き画像デ−タについて
最大値検出を行うことにより処理時間を1/16程度に
している。自然なX線画像デ−タの中には周囲の値とか
け離れた特異点が存在することはほとんどないので実用
上問題は生じない(ステップ102)。
い、CPU32は変換特性演算処理を行う。
31に書き込む変換特性デ−タを式(1)の近似二次関
数を使って計算する。式(1)の係数、定数項α、β、
γは前ステップ102で求めたピ−ク入力値xpを用
い、式(2)〜式(7)から計算する。その際、オフセ
ット入力値xo、オフセット出力値yo、中間入力値x
m、中間出力値ym、ピ−ク出力値ypはパラメ−タと
してあらかじめ操作部5から入力されCPU32内の図
示されない記憶装置に記憶されている値を用いる(ステ
ップ103)。
して得られた変換特性デ−タをLUT31に書き込み、
表示回路部3を制御して画像デ−タメモリ部2内の画像
デ−タを逐次読み出してLUT31を通し、LUT31
から出力される階調変換された画像デ−タが表示部4に
送られてアナログ信号に変換されCRTモニタ42に表
示されるようにする(ステップ104)。
が、もし操作者がもっと違った階調を所望する場合は、
操作部5からの入力に従って、パラメ−タ入力処理に移
行する。本実施の形態ではテレビ式表示とフィルム式表
示の2つの場合に応じて二種類のパラメ−タの組を記憶
している。パラメ−タ入力処理では操作部5からの入力
に従って、この二種類の組の入れ替えもできる。パラメ
−タの内、操作者がキーボードの数値入力などで通常変
更するのはオフセット出力値yo、中間入力値xm、中
間出力値ym、ピ−ク出力値ypの4つである。オフセ
ット出力値yoはX線量の少ない骨のような部分の表示
輝度に関係し、中間入力値xm、中間出力値ymは中間
的なX線量の部分までのコントラストとコントラスト変
化点に関係する。又、ピ−ク出力値ypはX線量の多い
皮膚のような部分の表示輝度に関係する。なお、ここで
はキーボードによる数値入力を例に挙げたが、上記特性
をグラフとしてモニタに表示して、このモニタ上で示す
マウスやトラック・ボールなどのポインティング・デバ
イスのカーソルをグラフ上の点や線分上に重ねてクリッ
クすることにより、操作者が前記数値入力に相当する入
力を行ってもよい(ステップ105)。
処理(ステップ103)に戻り、適切な階調が得られる
まで操作者による調整が可能な処理形態となっている。
の変換特性の例を示す。図3がテレビ式表示の場合、図
4がフィルム式表示の場合である。図中の破線がオフセ
ット点、中間点、ピ−ク点を結ぶ折れ線であり、実線が
該折れ線に近似する二次関数である。オフセット点、ピ
−ク点を通り、その間で折れ線との自乗誤差を最小にす
る二次関数になっている。
なX線画像の連続性を利用して、間引き画像デ−タの最
大値検出によってピ−ク入力値を求めているので、画像
デ−タ全体の最大値検出に比べて処理時間が大幅に短縮
されている。又、パラメ−タ入力処理によって、操作者
が画像を見ながらパラメ−タの入れ替えやテレビ式とフ
ィルム式の表示の交替ができるので、操作者の所望する
階調特性に微調整することができる。
−タはディジタルX線撮影装置からオンラインで転送さ
れるが、画像デ−タの入力法としては光磁気ディスク等
を用いてオフラインで入力することもできる。また、オ
ンラインの場合でも本実施の形態のように1台のディジ
タルX線撮影装置と直接接続するのではなく、ネットワ
−クを介して複数のディジタルX線撮影装置と接続する
形態もある。
CRTモニタに表示する方法の他に、アナログ信号を音
響光学光変調素子に加えて、レ−ザ光量を変調してフィ
ルムを露光しフィルム画像として出力する方法もある
し、モニタ出力とフィルム出力を併用する場合もある。
そのような場合フィルム出力の表示部との結合をネット
ワ−クを介して行い、複数のX線画像表示装置で共用す
る方法もとある。
して、計算を簡単にする為に二次関数を用いたが、少な
くとも一次微分まで連続な関数としては、他に多くの関
数が考えられることは言うまでもない。
線量がゼロの場合の入力画像デ−タ値であるオフセット
入力値から、X線量が中間的な場合の画像によらない一
定の入力画像デ−タ値である中間入力値までの、入力画
像デ−タ値の範囲に、ディジタルX線画像で最も診断し
たい領域が含まれる中間的な画像デ−タの領域が含まれ
るように、中間入力値を設定することにより、中間的な
画像デ−タの領域を、画像によらないオフセット点と、
画像によらない中間点とを結ぶ線分もしくは該線分に近
似する曲線によって定まる変換特性で階調変換し表示で
きるので、画像によらない一定の輝度、一定のコントラ
ストでの表示が得られる。又、オフセット点から中間点
までの線分と中間点からピ−ク点までの線分、もしくは
これら二線分を近似する曲線によって、オフセット入力
値からピーク入力値までの入力画像デ−タの範囲をオフ
セット出力値からピ−ク出力値までの出力画像デ−タの
範囲に写像する変換となるので、ピーク入力値からオフ
セット入力値までのすべての得られた画像情報を表示で
きる。
て、オフセット点とピ−ク点を通り、かつオフセット点
とピ−ク点の間で少なくとも一次微分まで連続な近似曲
線としているので、ピーク入力値からオフセット入力値
までのすべての得られた画像情報を完全に表示でき、か
つ、オフセット点とピ−ク点の間で少なくとも一次微分
まで連続なので、画像上で輝度及びコントラストが急激
に不連続的に変化することがない自然な表示画像が得ら
れる。
かつオフセット点とピ−ク点の間で少なくとも一次微分
まで連続な近似曲線として、オフセット点とピ−ク点を
通り、かつオフセット点とピ−ク点の間で上記折れ線と
の自乗誤差を最小にする二次関数を選んでいるので、簡
単な代数計算で近似曲線が求められ、処理時間が短くで
きる。
を示すブロック図。
の形態を示すフロ−チャ−ト。
示の場合の一例を示すグラフ。
表示の場合の一例を示すグラフ。
表示の場合の一例を示すグラフ。
式表示の場合の一例を示すグラフ。
表示の場合の他の例を示すグラフ。
式表示の場合の他の例を示すグラフ。
Claims (2)
- 【請求項1】 被写体にX線を照射し、その被写体の透
過X線画像を検出器でX線画像データとして検出し、そ
のX線画像データを取り込む画像デ−タ入力部と、この
画像デ−タ入力部に取り込まれたX線画像デ−タの最大
値であるピーク入力値を検出する手段と、前記検出器の
入力面でのX線量が零の場合のオフセット入力値、その
オフセット入力値に対応するオフセット出力値、一定の
方法で決められた中間的なX線量の中間入力値、その中
間入力値に対応する中間出力値及び前記ピーク入力値に
対応するピーク出力値のパラメータをあらかじめ入力す
るものであって、前記あらかじめ入力されたパラメータ
のうちのオフセット出力値又はピーク出力値を前記被写
体の異なる部位で所望される表示輝度に応じて選択的に
再入力する操作部と、前記検出手段により検出されたピ
ーク入力値と前記操作部に入力及び再入力されたパラメ
ータとを用い前記画像デ−タ入力部に取り込まれたX線
画像デ−タに変換特性演算処理を行う手段と、この変換
特性演算処理手段により変換特性演算処理されたX線画
像デ−タを表示する表示部とを備えたことを特徴とする
X線画像表示装置。 - 【請求項2】 前記変換特性演算処理手段のX線画像デ
ータにおける入力値及び出力値の特性は、前記オフセッ
ト入力値及び出力値で決定されるオフセット点と前記中
間入力値及び出力値で決定される中間点とを結ぶ線分
と、前記ピーク入力値及び出力値で決定されるピーク点
と前記中間点を結ぶ二つの線分とよりなる折れ線で表さ
れるように定められることを特徴とする請求項1に記載
のX線画像表示装置。
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